新聞中心

EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 基于AVR單片機(jī)的智能蓄電池巡檢系統(tǒng)

基于AVR單片機(jī)的智能蓄電池巡檢系統(tǒng)

作者: 時間:2013-10-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

2 主要功能模塊的設(shè)計(jì)概要

2.1 主監(jiān)控模塊
高性能的8位單片機(jī)Atmega128是采用精簡指令集RISC(reduced instruction Set CPU)結(jié)構(gòu)的新型單片機(jī),高速度、低功耗,執(zhí)行一條指令僅需一個時鐘周期;內(nèi)置看門狗Watchdog定時器,防止程序走飛;片內(nèi)有128KB Flash程序存儲器,4KB EEPROM數(shù)據(jù)存儲器,4KBRAM存儲器;多達(dá)48個I/0端121,34個不同的中斷源;除擁有普通異步串行通信接口外,還擁有同步串行SPI接121、雙線串行TwI接121、ISP下載和JTAG仿真等功能;工作電壓范圍寬,電源抗干擾性能較強(qiáng)。作為電池巡檢監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能模塊,主監(jiān)控模塊以Atmega128為核心,外部擴(kuò)展了串行EEPROM24c512和實(shí)時時鐘芯片DS1307。該模塊對電池組電壓、充放電流和和兩路溫度進(jìn)行采樣并處理,通過電子開關(guān)對放電進(jìn)行控制,并通過鍵盤及液晶顯示接口進(jìn)行按鍵的處理和系統(tǒng)信息的實(shí)時顯示,其原理框圖如圖4所示。該模塊對上位機(jī)提供RS232、RS485兩種串行通訊方式,并可提供1 200、2 400、4 800和9 600四種通訊波特率。對電池檢測單元模塊提供RS485接口,并可以根據(jù)這些模塊的通信要求來制定具體的通信協(xié)議。

2.1.1 蓄電池總電壓、充放電電流采樣

在直流系統(tǒng)中,蓄電池組都是由很多個單體電池串聯(lián)在一起供電的,而且充電機(jī)給蓄電池充電也不是單體充電,而是對整個串聯(lián)在一起的蓄電池一起充電,根據(jù)蓄電池組的總電壓和充放電電流大小來判斷蓄電池組的物理狀態(tài),進(jìn)而采取合理的充電方式。并且測試單體電池內(nèi)阻時,需根據(jù)放電電流進(jìn)行計(jì)算。因此,需要對蓄電池組的總電壓和充放電電流進(jìn)行采樣。通過適時采樣電池組組端電壓和電流,記錄其變化情況,可以綜合分析電池組的整體性能。充放電電流的采集是通過電流傳感器(采用霍爾傳感器)將測量的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號,通過采樣電路送至單片機(jī)。蓄電池總電壓的采集是通過光繼電器進(jìn)行隔離,經(jīng)過電阻的分壓送單片機(jī),通過單片機(jī)自帶AD進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2.1.2 溫度采樣
環(huán)境溫度對蓄電池使用壽命的影響較大,溫度升高
時,蓄電池的極板腐蝕將加劇,同時消耗更多的水,從而使電池壽命縮短;溫度太低,會使得電池容量降低,充電接收能力下降,充放電循環(huán)減弱,壽命下降。所以在蓄電池管理單元的設(shè)計(jì)中設(shè)置有環(huán)境溫度檢測單元,對蓄電池的充放電進(jìn)行溫度補(bǔ)償。監(jiān)測電池表面溫度亦可對電池性能進(jìn)行較準(zhǔn)確的評估,蓄電池組中個別電池的失效會對整個系統(tǒng)造成影響。損壞的電池由于真內(nèi)阻增大,在充放電過程中其功耗亦會大于其它正常電池,故其表面溫度會高于其它電池。當(dāng)其表面溫度與其它電池相比超限時,則可認(rèn)為此節(jié)電池已損壞。溫度的采集是通過溫度傳感器(采用的TMP35溫度傳感器)將溫度轉(zhuǎn)換為電壓信號,經(jīng)采樣電路送至單片機(jī),通過單片機(jī)自帶AD進(jìn)行轉(zhuǎn)換。


2.1.3 單體電池內(nèi)阻測量
多年的研究和運(yùn)用表明,蓄電池內(nèi)阻可作為其容量和完好性的有效指標(biāo),在蓄電池的老化過程中,其內(nèi)阻的上升明顯早于充電時端電壓的提高,直到內(nèi)阻上升了6O%以上時,端電壓才有明顯的增大,電池內(nèi)阻具有很好的預(yù)測性,可以用來評估和預(yù)測蓄電池的性能,因?yàn)樾铍姵氐膬?nèi)阻與容量及其完好性有著密切的關(guān)系,這種方法越來越受人們重視。蓄電池內(nèi)部阻抗檢測方法分為交流檢測法和直流檢測法兩種。采用交流檢測法測量時,首先在蓄電池上加上一個交流測試信號,該信號的頻率的選擇應(yīng)保證測量過程不受電容的影響,然后測量流過蓄電池的電流和電池兩端產(chǎn)生的交流電壓,根據(jù)測試數(shù)據(jù)計(jì)算出電池的內(nèi)部阻抗。但交流檢測法抗干擾能力差,容易受外部噪聲源的影響。采用直流檢測法,在電池組兩端接入放電負(fù)載,對蓄電池進(jìn)行瞬間大電流放電,然后測量電池端電壓在放電過程中的瞬間變化和放電電流值,據(jù)此導(dǎo)出電池內(nèi)部阻抗值。本采用的是直流檢測法。蓄電池從浮充狀態(tài)切換到放電狀態(tài),即停止充電后,電池回落到某平衡電位,接入放電負(fù)載后,電壓發(fā)生階躍變化。這樣,內(nèi)阻的計(jì)算不能使用浮充電壓和放電工作電壓的差值來計(jì)算,使用開路平衡電位與放電工作電壓的差值時也不夠穩(wěn)定。因此,在放電過程改變電流可以克服平衡電位不穩(wěn)定的因素。采用式(1),根據(jù)在不同電流(JI、J2)下的電壓(ul—u2)變化來計(jì)算內(nèi)阻值。


2.2 放電模塊
放電模塊采用了大功率的電子負(fù)載技術(shù),能瞬間承受高達(dá)100A(或200A)的沖擊電流,以實(shí)現(xiàn)對電池負(fù)荷能力的檢測。放電模塊也可作為長時間5~30A放電負(fù)載,實(shí)現(xiàn)對電池容量的核對性測試及電池性能的活化。當(dāng)來自主監(jiān)控模塊的信號指示放電時,放電負(fù)載接通,電池通過負(fù)載放電,同時電壓采集模塊將快速采集電池電壓每一變化量。除對主監(jiān)控模塊的開關(guān)指令外,放電模塊內(nèi)部也設(shè)有計(jì)時器,當(dāng)放電超時時,將切斷放電回路,即使電子開關(guān)損壞,放電回路也將被切斷,從而大大提高了放電模塊的工作可靠性。放電模塊還沒有過流、超溫等異常保護(hù)。同時放電模塊工作時還受控于交流市電,在放電時如發(fā)生交流市電失電,放電模塊將自動終止放電,保證直流系統(tǒng)向負(fù)載供電。

2.3 電池巡檢模塊
電池組單體電池電壓是最可靠的電池特征。蓄電池的監(jiān)測量中,單體電壓是一重要參數(shù),是判斷單體電池故障的重要依據(jù)。單體電池電壓的檢測方法有構(gòu)造電阻網(wǎng)絡(luò)提取電壓、v/F轉(zhuǎn)換無觸點(diǎn)采樣和繼電器切換提取電壓等。前兩種方法存在誤差積累、電路參數(shù)匹配和溫度影響等問題。本系統(tǒng)采用光繼電器無觸點(diǎn)切換,提取電壓的方法電路簡單,并實(shí)現(xiàn)對每個測量端口進(jìn)行隔離。保證了測量有良好的安全性及高精度。其原理如圖5所示。


電池檢測模塊亦采用了高性能的8位Atmega128單片機(jī),單片機(jī)通過74HC138E/k譯碼器控制光繼電器的導(dǎo)通和電平轉(zhuǎn)換電路的切換。CPU控制信號通過控制光繼電器實(shí)現(xiàn)每次只將一個電池正負(fù)極切入電平轉(zhuǎn)換電路,從而將單節(jié)電池電壓引出,經(jīng)過采樣電路后進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行A/I)轉(zhuǎn)換。該測量方案由于對電池端電壓為直接采樣,不需要大量的分壓電阻,沒有誤差積累的情況,也沒有壓頻轉(zhuǎn)換中受溫度影響的問題,所測電壓就較準(zhǔn)確,并且測量電路利用單片機(jī)內(nèi)置的1O位A/I)模數(shù)轉(zhuǎn)換器,從而保證了測量精度。在軟件上采用遞推平均濾波算法來保證測量的精度。測量的結(jié)果通過RS485通信接口與主監(jiān)控模塊進(jìn)行通信。

3 結(jié)束語
以單片機(jī)Atmega128為核心的智能電池巡檢監(jiān)控系統(tǒng),性能穩(wěn)定,采樣顯示精度高,報(bào)警、控制準(zhǔn)確度高,通訊誤碼率低。同時,特別易于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展,實(shí)際應(yīng)用前景廣闊。


上一頁 1 2 下一頁

關(guān)鍵詞: AVR單片機(jī) 智能蓄電池 巡檢系統(tǒng)

評論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉